中厚板矫直机工作辊的使用和修复

李 强

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

目前，我国所生产和使用的中厚板矫直机工作辊普遍采用60CrMoV、45CrMoV、55CrMoV等材质制作材料。作业环境较复杂，不仅承受与板面高强度磨擦、承受高温板面的鼓肚力和静压力引起的循环载荷、承受喷淋或辊内冷却水的交变热循环作用，还因辊径小、长度长、多为细长工件，且频繁往复而承受的扭矩作用。因此如何延长其使用寿命、提高生产效率、降低维护成本成为矫直机领域需要深入探讨的课题。

1 辊子装机要点

1）辊系的装配、调整、运行过程中的压矫量、压矫温度、润滑系统、冷却系统等均应按矫直机设备本体的有关技术要求及标准执行。

2）辊子使用初期应充分考虑两个因素：其一、辊体材质硬度转化的因素：这是因为焊接（或热处理）的辊面晶体结构中含有残余奥氏体因受热及受压的原因在一定的时间段内遂渐向马氏体转化，其过程称“二次硬化”过程，可提高辊面硬度（HRC）≥5，并可长期保持辊面硬度均匀、磨损平整光滑、表面呈晶亮状的特性；其二、机械运行的因素：矫直机工作辊与导辊、支承辊；齿轮箱与接手、工作辊动力端等所有机械系统均有一个整合过程。为了满足表述的两个因素，辊子装机作业约200 h以内尽可能矫制普通板种、减轻矫制压力、平稳操作，这对于提高和匀化辊面硬度、强化辊子表面的使用性能、防止氧化皮粘结、有效地整合辊系运行均能取事半功倍的效果（这同样适用于新制辊、修复辊、修磨辊）。

3）支承辊的运行正常是工作辊使用寿命的关键，因此，应充分满足支承辊的润滑系统使之良好，否则因支承辊抱死（不运转）而拉伤工作辊辊面导致黏结氧化皮，进而影响整个辊系的运行。支承辊辊面比工作辊辊面硬度（HRC）低3~5个。

4）应充分考虑矫直机属高温作业（尽管有水冷却），其工作辊、支承辊的轴承部位均有因温度的原因所产生的膨胀系数。于是，工作辊、支承辊轴承游隙的配置也应该考虑其膨胀系数。

5）辊面的点状麻坑概由翘头板碰撞所至，辊面的点状麻坑极易造成氧化皮黏结，应严格防止喂入翘头板。

6）大于或低于矫制温度都不应喂入矫直机。矫直机是中厚板轧制行业的关键设备，为了满足市场的要求，目前全国的中厚板行业大都凸现频繁地置换品种、高强度板生产量扩大、板面质量要求严格的生产状况，辊面氧化皮粘结是板材生产质量的瓶颈，在满足上述2）条款要求的外应特别注重支承辊运行和翘头板喂入。

2 下线辊子重新修磨

1）对下线辊子依照图纸进行全方位检查。辊体同轴度应满足图纸要求，如果超差，轴承位应重新堆焊加工。

2）工作辊与支承辊各自应做到三统一：直径统一、粗糙度统一、材质统一，辊系应配套运行。

3）每次下线修磨量直径方向1.2～2.0 mm。

4）修磨后辊面粗糙度达到0.8，最好具备研磨、抛光工艺，尽可能使辊面呈晶亮状，以达到板面的质量要求。

5）修磨辊面出现的极少的微小渣眼（不影响板面质量），如有必要用补焊后续磨。

6）修磨后的辊子的两端中心孔应保证良好。

7）修磨后的辊子装机作业应满足“辊子装机要点”中的有关技术要求。

3 下线辊子补焊修复

焊接修复技术是指用焊接方法将满足使用工况要求的焊接材料熔敷在工件表面，以恢复其形状尺寸、提高表面性能的工艺方法。该技术用于修复的工件，将明显提高工件表面性能、延长服役寿命、降低工件成本。

3.1 矫直辊修复前状况

辊面磨损，出现影响板面质量的缺陷，如粘结、疤块、麻坑、裂纹、掉块等，不能继续使用。

3.2 修复质量标准

辊子全表面（包括辊身、辊颈）堆焊、修复；按图纸要求机械加工；修复后的辊子使用寿命不短于原辊；修复后辊面硬度达到图纸要求。

3.3 工艺流程

清理辊面→预热→堆焊→保温回火→机械加工、防锈包装。

1）清理表面。检验辊子直线度，调直辊身，允差2 mm；辊身车削加工，清除表面疲劳层、龟裂、油污、锈斑，辊身车削后尺寸为小于图纸直径尺寸的20～26 mm，以保证焊层厚度为10～13 mm；辊面探伤，发现局部缺陷，采取手工清除，直至无表面、内部伤痕。采用型超声波探伤仪检测。

2）预热。加热至280～550℃，加热时间为8～10 h。预热目的：减缓堆焊时的冷却速度，减少冷、热应力的产生，避免焊层与基体结晶时产生裂缝，并达到消除表面氢的目的；控制层间温度；表面温度严格按质量文件执行。

3）堆焊。堆焊材料为高合金钢焊丝。堆焊设备：型自动埋弧焊机。焊剂，焊接电压、电流，焊接速度，小车行走速度等操作要求严格按质量文件执行；堆焊期间保持层间温度，谨防过冷、过热；堆焊后辊子直径大于图纸4～8 mm（机械加工余量）。

4）保温回火。堆焊完工后，辊子置于保温炉内，升温至400℃左右恒温后随炉冷至室温。其目的：延长焊层与基体结晶的间隔时间，避免层间偏析，消除相互应力，防止冷、热裂倾向。

5）机械加工、防锈包装。按图纸加工辊子全表面，辊面精磨后需经研磨、抛光处理；按要求对修复完毕后的辊子进行各部位尺寸检验、探伤检验、硬度检验，防锈、包装。

4 堆焊层材料及材质分析

堆焊层材料选用的特点：在550～850℃（有水冷却）的长期运行中其辊子应具备耐高温、高耐磨、高强度、高硬度、耐腐蚀（水气）、防蠕变、防黏结（氧化皮）、高疲劳强度（防网状裂纹和剥落）、可焊工艺性好等特性。

1）堆焊层材料。堆焊层材料的元素：C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、Ti、Ne、稀土等，元素总含量大于20%，施焊时分别由焊丝、焊剂中融入。

2）堆焊材质的综合分析。碳的含量为中碳，材料变形小，保证了韧性、塑性及良好的导热性，缩小了冷热裂倾向，提高了焊接性能；锰、硅的含量强化基体提高强度、硬度，提高屈服比和耐腐蚀性；高铬元素，强化基体，抗氧化和耐腐蚀，抗有害气体。含量超过16%时，既耐热又具有高强度。当与碳形成碳化铬时，明显提高硬度，有效防止与板面氧化皮的黏结；镍元素，提高热强度和硬度而不降低塑性，良好的耐腐蚀性。特别是当与铬配合使用时更能发挥其良好的性能；钼、钨、铌、钛、稀土元素的含量，强化基体作用大，细化晶粒，提高高温强度和蠕变极限，抗有害气体，能有效防止与板面氧化皮的黏结。

焊接工艺能满足焊接性能的技术要求，施焊性能好，不产生焊接缺陷；堆焊的材质具有二次硬化的性能，使用过程中不降低硬度，且会提升4～7个HRC，并使辊面硬度进行匀化；具备多次重复修复的技术条件；堆焊材料层耐高温、高耐磨、高强度、高硬度、耐（水气）侵蚀、抗氧化、抗蠕变、抗(氧化皮)黏结等特性。综合技术性能的高合金钢焊丝，此焊材优于原辊（60CrMnMo）的材质，能满足使用要求，其使用寿命提高2～3倍。

5 堆焊后的辊子应用效果

堆焊后工作辊在中厚板矫直机中的应用效果需要在具体实践中进行验证，通过下机后观察，工作辊表面质量良好，未出现裂纹、掉块、剥落等现象。辊面硬度（HRC）由≥50经200 h作业后遂步提高至≥54，正常使用40万t过钢量，辊面磨损≤0.5mm，辊面磨损平整光滑，不出现影响使用的缺陷。作业过程中辊身呈晶亮面，不黏氧化皮，辊面不出现锈斑，并能承受高强度板的矫直作业。提高强度、抗弯曲、防冷、热疲劳、并未出现蠕变。由此可见，堆焊工件因工作层属高合金的焊丝堆焊成型，其晶体结构具备多项综合技术性能，能满足作业需要。

6 结语

矫直机工作辊的使用和修复是矫直机设备管理的重要组成部分。为了提高板材质量，实现自身的经济效益和提高市场竞争力，轧制企业必须着力于维护和管理矫直机设备。经过现场实践，按照标准装机使用，无论是新制还是补焊后的工作辊，使用寿命还是技术性能都能达到应用标准。堆焊技术的广泛应用，节省了设备成本，充分利用资源，减少辊件报废。总之，从多个角度提高矫直机工作辊的使用寿命，有利于实现具有时代特色的矫直机设备的管理和维护，满足企业发展的需要，降低设备使用成本，提高企业的经济效益，扩大市场竞争力企业，促进企业的长远发展。